基于OpenGL的应力波原木内部腐朽断层图像三维重构研究

【摘要】：木材是一种人类使用历史最长的可再生的天然资源。随着社会进步,人们对生产生活质量要求的提高,对木材的需求量逐渐增加。充分有效地利用木材资源,使之产生最大的经济与社会效益,是各国林业科研工作者共同关心和不断研究的课题。应力波无损检测技术作为木材无损检测技术中的一种在过去几十年得到了迅速的发展,国内外研究表明,应力波技术在木材的内部缺陷检测、在线产品的质量控制、树木的保护等方面有广阔的应用前景。本文利用VC++和OpenGL平台实现了原木内部腐朽的三维重构,可以准确地判别出原木内部腐朽立体形状及尺寸,从而为原木缺陷检测、原木合理分级、合理造材与造材加工自动化生产、立木健康评价、木制建筑的强度评价提供应用理论基础和科学依据。研究结果对减少木材的损失和浪费,提高我国原木利用率具有重要的意义。 三维重建技术是20世纪80年代后期迅速发展起来的一门新兴技术,是科学计算可视化的一个重要研究领域,而科学计算可视化是当前计算机学科的一个重要研究方向。由断层数据重构物体的三维模型是一种常用的数据场可视化技术。其研究目标是把试验或者数值计算获得的大量数据转化为人的视觉可以感受的计算机图像。 本文首先分析了应力波在原木横截面传播理论、传播规律和应力波木材无损检测系统的工作原理并以此设计实验得到应力波无损检测仪的最佳工作条件,在此基础上,利用ARBOTOM应力波木材无损检测系统获取得到一组原木内部腐朽断层图；其次,应用数字图像处理技术对获取到的断层图像进行预处理,预处理的目的主要是消除图像在采集、储存、传递、提取过程中产生的噪声和伪像,包括滤波降噪处理和图像增强处理,以使原木内部腐朽更加清晰,便于人眼识别和为后续处理作准备,在这里,根据本文的实际需要对现有的图像处理方法进行对比研究,选择出最适合的图像预处理方案；然后,对进行预处理后的断层图像进行图像分割,并利用数学形态学方法对阈值分割后的图像进行处理,消除无用信息,保留有用的信息；利用边缘检测算子提取出原木边界轮廓以及反映原木内部腐朽信息的边缘；在轮廓线的连续性处理中引入B样条曲线来拟和轮廓线以改善其连续性；然后进行了轮廓线拼接计算工作,并且以三角形形状最优为目标提出了基于Delaunay三角剖分的轮廓线的拼接算法。最后对断层图像进行层间插值并在OpenGL平台下完成原木内部腐朽的三维重构,确定原木内部腐朽三维结构形状,实现原木内腐缺陷检测,从而为原木缺陷检测、原木合理分级、合理造材与造材加工自动化生产、立木健康评价、木制建筑的强度评价提供应用理论基础和科学依据。